Fil électrique
Un fil électrique, ou câble électrique est un matériau conducteur servant au transport de l'électricité. Il peut être mono-brin ou multi-brin, entouré d'une enveloppe isolante (plastique, téflon, etc.)<br />
Suivant sa taille, il peut être employé pour transmettre des signaux électriques, ou de l'énergie électrique. Les matériaux les plus utilisés présentent généralement des caractéristiques intéressantes en ce qui concerne la résistance électrique, le poids, la tenue mécanique, le prix.
Matériaux
Le cuivre
Bonne conductivité, métal malléable.
- Fil cylindrique :
- Le cuivre est le métal le plus utilisé pour faire des fils et câbles électriques. On l'utilise soit en fil de section cylindrique mono-brin (rigide), soit en section toujours cylindrique mais multi-brins ou (souple). Pour le rendre plus souple, il est utilisé en alliage avec d'autres métaux.
- Le fil de cuivre est protégé soit :
- Par une pellicule de vernis, quand on l'utilise pour la fabrication des bobinage, transformateur, électroaimant
- Ou par une couche de plastique colorée, dans la majorité des autres cas
- Ces protections assurent l'isolation tout en conservant les propriétés d'adaptation de forme du fil.
- Autrefois on utilisait une tresse de coton, du caoutchouc et, parfois du papier pour l'isolation des fils, ces techniques ont disparues pour des raisons de sécurité et de coût.
- Le fil de cuivre isolé est souvent torsadé en un câble , comportant de deux à plusieurs centaines de fils. Ces câbles sont parfois munis (entourés) d'un ou plusieurs blindage faits d'une feuille d'aluminium et/ou d'une tresse de cuivre. Dans certains cas, on arme le câble avec une ou plusieurs feuilles (feuillard) d'acier, afin qu'il puisse résister à des conditions mécaniques difficiles: câbles en sous sol, câbles sous-marins.
- Barre.
- Pour la distribution de grands courants, dans les installations industrielles et les armoires de distribution électrique, on utilise le cuivre en barres plates. Ces barres (jeux de barres) sont utilisées à la place de câbles pour une raison évidente de coût, mais aussi de connectivité et de rigidité.
- Il est plus simple de concevoir et de réaliser une bonne connexion entre deux conducteurs plats, qu'entre un câble cylindrique et un trou rectangulaire.
- De plus le jeu de barres solidarise l'ensemble des divers appareillages qui lui sont reliés, prévenant ainsi un éventuel défaut de fixation dû aux vibrations et contraintes thermiques.
- Ces jeux de barres sont exclusivement installés dans des endroits réservés aux électriciens. Bien que rarement isolés, seules des balisages et des protections translucides imposées depuis les années 1980 préviennent d'éventuels accidents d'électrisation.
- Piste en cuivre sur support d'époxy ou de bakélite, utilisé dans les applications électronique mettant en jeux des courants électriques plutôt faibles.
L'aluminium
Bonne conductivité, métal léger, moyennement malléable.
- L'aluminium est souvent utilisé dans le transport d'électricité de grande puissance lorsque la section du câble et sa longueur élimine le cuivre à cause de sa masse spécifique plus élevée. Il est quasiment exclusivement utilisé en âmes à brins multiples, du fait des sections en jeux et de sa relative rigidité. Sa grande facilité de casse lors de torsions et de manipulations le rend indésirable en milieu domestique.
- Il est utilisé à la place du cuivre dès que la contrainte poids devient importante : aéronautique, conquête spatiale, etc.
L'acier
Moyenne conductivité, grande résistance à l'étirement, lourd et peu malléable.
- L'acier est utilisé, en général, comme support des câbles en aluminium ou en cuivre dans les câbles décrivant de grandes portées, afin d'assurer une résistance à la traction que l’aluminium ou le cuivre seraient incapables de supporter sans allongement excessif et rupture.
- De façon plus marginale, l'acier est également utilisé pour le transport de l'énergie dans le milieu ferroviaire. Une polarité est acheminée par la caténaire, l’autre polarité utilise comme support les rails de roulements en acier. Dans le cas particulier du métro, la polarité positive est distribuée via un « rail traction » également en acier.
L'argent
Excellente conductivité, métal précieux.
- L'argent est utilisé pour diminuer la résistance de contact, dans les systèmes de connexions et, les systèmes de commutations comme les contacts des relais. Il nécessite toutefois un système de nettoyage, généralement automatique, pour éviter que l'oxydation de surface annule sa bonne conductivité électrique.
- Il est utilisé dans certains fils, en alliage avec le cuivre pour assurer une bonne souplesse au fil.
- Il peut aussi être mélangé à l'or qui lui assure une meilleure souplesse et une meilleure conductivité tout en baissant le prix du fil d'or. Ceci utilisé en robotique par exemple pour effectuer des connexions de très grande précision.
L'or
Excellente conductivité, inoxydable, métal précieux.
- L'or est utilisé avec parcimonie, en couche très mince déposée par électrolyse (un flash), dans les systèmes électriques, et nettement plus en électronique.
- Comme l'argent, il est utilisé pour réaliser la liaison la plus parfaite possible entre deux conducteurs indépendants : les contacts des cartes électroniques enfichables et les lamelles de contacts des connecteurs associés, les pastilles de contacts et les fils de liaisons internes des circuits intégrés.
Alliages
L'almelec
Alliage d'aluminium avec du magnésium et du silicium. Il est principalement utilisé pour la réalisation des lignes aériennes. Sa résistivité (32,5 . 10 <sup>-9</sup> Ω.m) est environ le double de celle du cuivre, mais ses caractéristiques mécaniques lui permettent de résister aux contraintes liées à l'environnement (vent, gel, neige, variations de température).
Le constantan
Alliage de cuivre et de nickel dont la résistivité est quasiment indépendante de la température. Il est utilisé pour la réalisation de certains capteurs de température.
Supraconductivité
Le bismuth
Ce matériau a la caractéristique de devenir supraconducteur vers -200°C, ce qui le rend intéressant pour une transmission d'énergie électrique en étant refroidi à l'hélium ou à l'azote liquides.
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